Quy trình kiểm tra biến áp tuân thủ tiêu chuẩn IEEE C57 và GB 1094

1. Nguyên lý cơ bản về kiểm tra biến áp

1.1 Tổng quan
Biến áp là một trong những thiết bị quan trọng nhất cho truyền tải điện năng. Chất lượng và độ tin cậy của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến việc cung cấp điện an toàn và đáng tin cậy. Sự hỏng hóc của biến áp phát điện hoặc biến áp trạm chính có thể làm gián đoạn truyền tải điện, và việc sửa chữa hoặc vận chuyển các đơn vị lớn như vậy thường mất vài tháng.

Trong thời gian ngừng hoạt động này, nguồn cung cấp điện bị ảnh hưởng, gây tác động tiêu cực đến sản xuất công nghiệp và nông nghiệp cũng như tiêu thụ điện dân dụng—điều này dẫn đến tổn thất kinh tế lớn.

Khi yêu cầu về hoạt động an toàn và đáng tin cậy của biến áp ngày càng tăng, công nghệ kiểm tra biến áp đã tiến bộ đáng kể trong hai thập kỷ qua. Những phát triển đáng chú ý bao gồm:

• Kiểm tra ngắn mạch trên biến áp lớn ở điện áp định mức,

• Các kỹ thuật đo và xác định vị trí phóng điện cục bộ,

• Sử dụng hàm chuyển đổi để phát hiện lỗi xung kích,

• Sử dụng công nghệ số hóa để đo lường tổn thất,

• Giới thiệu các phương pháp cường độ âm thanh trong đo lường tiếng ồn,

• Phân tích phổ để chẩn đoán biến dạng cuộn dây, và

• Việc sử dụng rộng rãi hơn phân tích khí hòa tan (DGA) trong dầu biến áp.

1.2 Tiêu chuẩn kiểm tra biến áp
Để đảm bảo biến áp đáp ứng các tiêu chuẩn cần thiết về chất lượng và độ tin cậy truyền tải điện, các tiêu chuẩn quốc gia đã được thiết lập cho cả biến áp và các quy trình kiểm tra của chúng:

• GB 1094.1–1996: Biến áp điện – Phần 1: Tổng quát

• GB 1094.2–1996: Biến áp điện – Phần 2: Tăng nhiệt độ

• GB 1094.3–1985: Biến áp điện – Phần 3: Mức cách điện, thử nghiệm điện môi và khoảng cách bên ngoài trong không khí

• GB 1094.5–1985: Biến áp điện – Phần 5: Khả năng chịu đựng ngắn mạch

• GB 6450–1986: Biến áp điện khô

1.3 Các mục kiểm tra biến áp

1.3.1 Kiểm tra thông thường

• Đo điện trở cuộn dây

• Đo tỷ lệ điện áp và đo tổn thất tải

• Đo trở kháng ngắn mạch và tổn thất tải

• Đo dòng rò và tổn thất không tải

• Đo điện trở cách điện giữa cuộn dây và đất

• Kiểm tra điện môi thông thường — xem Bảng 1-3 cho các mục kiểm tra cách điện thông thường tại nhà máy

• Kiểm tra bộ chuyển đổi ngang tải

1.3.2 Kiểm tra loại

• Kiểm tra tăng nhiệt.

• Kiểm tra loại cách điện (xem Bảng 1).

1.3.3 Kiểm tra đặc biệt

• Đo trở không đối xứng cho biến áp ba pha.

• Kiểm tra khả năng chịu đựng ngắn mạch.

• Đo mức âm thanh.

• Đo thành phần hài trong dòng không tải.

2. Đo tỷ số điện áp và xác minh chỉ định nhóm kết nối

2.1 Tổng quan
Đo tỷ số điện áp là một bài kiểm tra thông thường cho biến áp. Nó được thực hiện không chỉ tại nhà máy trong quá trình sản xuất mà còn tại hiện trường trước khi biến áp được đưa vào sử dụng.

2.1.1 Mục đích của việc đo tỷ số điện áp

• Đảm bảo rằng tỷ số điện áp ở tất cả các vị trí tap nằm trong giới hạn dung sai quy định bởi tiêu chuẩn hoặc yêu cầu kỹ thuật hợp đồng.

• Xác minh rằng các cuộn dây hoặc phần cuộn dây (ví dụ: các phần tap) có số vòng giống nhau.

• Xác nhận rằng các dây dẫn tap và kết nối đến bộ đổi tap được đấu đúng.

Tỷ số điện áp là một tham số hiệu suất quan trọng của biến áp. Do bài kiểm tra này sử dụng điện áp thấp và đơn giản để thực hiện, nó được tiến hành nhiều lần trong quá trình sản xuất để đảm bảo tuân thủ các thông số thiết kế.

3. Đo điện trở DC của cuộn dây

3.1 Mục đích và yêu cầu
Theo GB 1094.1–1996 “Biến áp điện - Phần 1: Tổng quát,” đo điện trở DC được phân loại là một bài kiểm tra thông thường. Do đó, mỗi biến áp phải trải qua bài kiểm tra này cả trong và sau quá trình sản xuất.

Các mục đích chính của việc đo điện trở DC là để kiểm tra các khía cạnh sau:

• Chất lượng hàn hoặc kết nối cơ khí giữa các dây dẫn cuộn - kiểm tra các mối nối kém;

• Tính toàn vẹn của các kết nối giữa các dây dẫn và các đầu cắm, và giữa các dây dẫn và bộ đổi tap;

• Khả năng tin cậy của các mối hàn hoặc khớp cơ khí giữa các dây dẫn;

• Kích thước và độ dẫn của dây dẫn có đáp ứng các thông số kỹ thuật hay không;

• Sự cân bằng của điện trở giữa các pha;

• Tính toán sự tăng nhiệt của cuộn dây, điều này đòi hỏi đo điện trở trạng thái lạnh trước bài kiểm tra tăng nhiệt và đo điện trở trạng thái nóng ngay sau khi ngắt nguồn trong bài kiểm tra.

3.2 Phương pháp đo
Theo JB/T 501–91 “Hướng dẫn kiểm tra biến áp điện,” có hai phương pháp tiêu chuẩn để đo điện trở DC của cuộn dây biến áp:

• Phương pháp cầu (ví dụ: cầu Kelvin kép)

• Phương pháp volt-ampere (V-A)

4. Kiểm tra không tải

4.1 Tổng quan
Đo tổn thất không tải và dòng không tải là một bài kiểm tra thông thường của biến áp. Các đặc tính từ hóa hoàn chỉnh của biến áp được xác định thông qua bài kiểm tra không tải.

Mục đích của bài kiểm tra này là:

• Đo tổn thất không tải và dòng không tải;

• Xác minh xem thiết kế lõi và quy trình sản xuất có đáp ứng các tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật áp dụng hay không;

• Phát hiện các lỗi tiềm ẩn của lõi, chẳng hạn như quá nhiệt cục bộ hoặc yếu điểm cách điện.

4.2 Tổn thất không tải
Tổn thất không tải chủ yếu bao gồm tổn thất do hysteresis và dòng xoáy trong các tấm thép điện. Nó cũng bao gồm các tổn thất bổ sung, chẳng hạn như tổn thất rò rỉ do từ thông rò rỉ.

4.3 Dòng không tải
Mức độ dòng không tải chủ yếu được xác định bởi đường cong B-H (từ hóa) của thép điện được sử dụng trong lõi.

5. Đo tổn thất tải và trở kháng ngắn mạch

5.1 Tổng quan về kiểm tra tải
Đo tổn thất tải và trở kháng ngắn mạch là một bài kiểm tra thông thường.

Nhà sản xuất thực hiện bài kiểm tra này để:

• Xác định giá trị tổn thất tải và trở kháng ngắn mạch;

• Kiểm tra tuân thủ các tiêu chuẩn và thỏa thuận kỹ thuật;

• Phát hiện các khuyết tật tiềm ẩn trong cuộn dây.

Trong quá trình thử nghiệm, một điện áp được áp dụng cho một cuộn dây trong khi cuộn dây kia bị nối mát. Theo cân bằng ampere-turn, khi dòng điện trong cuộn dây được cấp đạt giá trị định mức, cuộn dây ngắn mạch cũng mang dòng điện định mức.

Mặc dù từ thông chính trong lõi rất nhỏ trong quá trình thử nghiệm này, nhưng từ thông rò rỉ đáng kể được tạo ra do dòng điện lớn chảy qua. Từ thông rò rỉ này gây ra:

• Mất mát dòng xoáy trong các dẫn thể cuộn dây;

• Mất mát dòng điện tuần hoàn trong các dẫn thể song song;

• Mất mát bổ sung trong các cấu trúc kẹp, thành bể, màn chắn điện từ, khung lõi và tấm liên kết.

Tất cả những mất mát này đều phụ thuộc vào dòng điện và được phân loại chung là mất mát tải.

6. Thử nghiệm Điện áp Chịu đựng AC Áp dụng

6.1 Tổng quan
Để đảm bảo biến áp an toàn và tin cậy cho hoạt động lưới điện, cách điện của chúng phải đáp ứng không chỉ các tiêu chuẩn hiệu suất mà còn sức chịu điện cần thiết. Sức chịu điện xác định xem biến áp có thể chịu đựng được điện áp hoạt động bình thường cũng như các điều kiện bất thường như sét đánh hoặc điện áp quá cao khi chuyển mạch.

Chỉ sau khi vượt qua các thử nghiệm - bao gồm thử nghiệm chịu đựng điện áp tần số công nghiệp thời gian ngắn, thử nghiệm chịu đựng điện áp xung và đo lường phóng điện cục bộ - biến áp mới được coi là sẵn sàng để kết nối với lưới điện.

Thử nghiệm chịu đựng AC áp dụng chủ yếu đánh giá sức mạnh cách điện chính giữa các cuộn dây và đất, và giữa các cuộn dây.

• Đối với biến áp cách điện hoàn toàn, thử nghiệm này hoàn toàn kiểm chứng cách điện chính.

• Đối với biến áp cách điện phân cấp, nó chỉ đánh giá cách điện cuộn dây cuối gần yoke và cách điện của một số phần dây dẫn đến đất. Nó không thể đánh giá sức mạnh cách điện đầy đủ giữa cuộn dây và đất hoặc giữa các cuộn dây.

Đối với biến áp cách điện phân cấp, cần thực hiện thử nghiệm điện áp cảm ứng thay vì đó để đánh giá toàn diện sức mạnh cách điện giữa các cuộn dây, đối với đất, và cho các dây dẫn liên quan.

7. Thử nghiệm Chịu đựng Điện áp Quá tải Cảm ứng

7.1 Tổng quan
Thử nghiệm chịu đựng điện áp cảm ứng là một thử nghiệm điện môi khác tiếp theo sau thử nghiệm AC áp dụng.

• Đối với biến áp cách điện hoàn toàn, thử nghiệm AC áp dụng chỉ kiểm tra cách điện chính, trong khi cách điện giữa các vòng, giữa các lớp và giữa các phần dọc được kiểm tra bằng thử nghiệm điện áp cảm ứng.

• Đối với biến áp cách điện phân cấp, thử nghiệm AC áp dụng chỉ kiểm tra cách điện điểm trung tính. Thử nghiệm điện áp cảm ứng là cần thiết để đánh giá:

• Cách điện dọc (giữa các vòng, các lớp và các phần);

• Cách điện giữa các cuộn dây và đất;

• Cách điện giữa các cuộn dây và giữa các pha.

Vì vậy, thử nghiệm điện áp cảm ứng là phương pháp quan trọng để đánh giá sự nguyên vẹn của cả cách điện chính và cách điện dọc.

7.2 Yêu cầu Thử nghiệm
Thử nghiệm điện áp cảm ứng thường được thực hiện bằng cách áp dụng hai lần điện áp định mức lên các đầu cuộn dây điện áp thấp, trong khi tất cả các cuộn dây khác được để mở mạch. Dạng sóng điện áp áp dụng nên gần với sóng hình sin thuần túy nhất có thể.